Upload
vocong
View
249
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Beton adalah bahan yang diperoleh dengan cara mencampurkan semen
portland, air, dan agregat dengan atau tanpa bahan campuran tambahan
yang sangat bervariasi mulai dari bahan kimia tambahan, serat sampai
bahan buangan non kimia pada perbandingan tertentu (Tjokrodimuljo,
1996).
Bahan tambah adalah bahan selain unsur pokok beton (air, semen, dan
agregat), yang ditambahakan pada adukan beton, sebelum atau selama
pengadukan beton. Tujuannya adalah mengubah satu atau lebih sifat-sifat
beton sewaktu masih dalam keadaan segar atau setelah mengeras,
misalnya mempercepat pengerasan, menambah encer adukan, menambah
kuat tekan, menambah daktilitas, mengurangi sifat getas, mengurangi
retak-retak pengerasan dan sebagainya (Tjokrodimuljo, 1996).
Pada penelitian yang dilakukan oleh Yanita Nurul Chotimah (2014) untuk
Struktur beton bertulang merupakan salah satu struktur yang sangat
diandalkan kekuatannya saat ini dan banyak dimanfaatkan pada
pembangunan gedung-gedung tinggi, tower, jalan beton dan bangunan
air. Struktur demikian membutuhkan beton mutu tinggi dengan kuat
tekan lebih besar dari 6000 Psi atau 41,4 MPa. Dengan demikian perlu
adanya peningkatan mutu beton dengan langkah menambahkan serat
bendrat pada beton segar yang bertujuan meningkatkan kuat tekan beton.
7
Pada penelitian yang dilakukan oleh A. Pujianto (2010) untuk
penambahan Abu sekam padi pada beton yaitu semakin besar kadar Abu
sekam padi semakin menurun nilai slumpnya. Hal tersebut diakibatkan
karena Abu sekam padi lebih banyak menyerap air jika dibandingkan
dengan semen, sehingga adukan menjadi lebih kering yang kemudian
mempengaruhi nilai slump beton segar menjadi semakin rendah sesuai
dengan kadar Abu sekam padi yang ditambahkan.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Pricillia Mindrasari, Persentase
bahan tambah abu sekam padi yang digunakan adalah 0%; 5%; 10 %; 15%;
dan 20%. Setiap variasi benda uji masing-masing direndam dalam air laut
bergerak dan air tawar diam sebagai indikasi abrasi dari gelombang zat
cair. Pengujian dilakukan setelah benda uji berumur 28 hari. Pada analisis
pengujian X-ray fluorescence (XRF) abu sekam padi,diperoleh kandungan
terbesar yaitu SiO2 yaitu sebesar 82,59%, yang mana menunjukan bahwa
kandungan silica yang ada pada abu sekam padi sangatlah besar. Dan hal
ini bisa meningkatkan mutu kuat tekan beton. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa penambahan bahan tambah abu sekam padi pada
beton mutu tinggi mempengaruhi nilai kuat tarik belah dan modulus of
rupture dimana akan meningkat hingga kadar 15% dari berat semen dan
menurun pada kadar 20% dari berat semen
Menurut ACI Comitee 544 (1984) beton bertulang serat, fiber reinforced
concrete, adalah bahan komposit yang dibuat dari bahan semen hidrolis,
agregat halus atau campuran agregat kasar ditambah dengan sejumlah
serat yang disebarkan secara acak. Hasil dari percobaan menunjukkan
bahwa serat yang disebar secara acak mempunyai tahanan lentur dan
kuat tarik yang lebih besar bila dibandingkan dengan serat yang disebar
seacara teratur dengan peningkatan kuat tarik sebesar 20% ( Giaccio dkk,
1986). Ide dasar penambahan serat adalah beton diberi tulangan serat baja
yang ditambahkan pada beton saat membuat adukan dimana serat
8
dimasukkan dengan cara ditaburkan, dengan adanya serat baja yang
tertanam dalam beton tersebut dapat mencegah terjadinya retakan-
retakan beton didaerah tarik yang terlalu awal akibat pembebanan
(Soroshian & Bayasi, 1987). Dewasa ini jenis serat yang sering dipakai di
luar negeri adalah serat baja atau steel fiber yang mempunyai diameter
antara 0,45 mm sampai 0,1 mm dan dengan panjang serat yang beragam
antara 12,70 mm sampai 63,50 mm, mempunyai bentuk geometri yang
beraneka ragam untuk meningkatkan tahanan tarik. Disamping itu jumlah
serat yang ditambahkan dalam adukan berkisar antara 0,25% fraksi
volume (20 kg/m3) sampai dengan 2% fraksi volume atau 157 kg/m3.
Beberapa jenis serat telah banyak diteliti oleh banyak peneliti dan
digunakan baik di dalam maupun di luar negeri. Hasil positif dari
penggunaan serat melandasi pemikiran bagaimana aplikasi yang praktis
dan ekonomis. Salah satu ide yang ingin dikembangkan dalam penelitian
ini adalah bagaimana kontribusi serat dalam material beton mutu tinggi
metode American Concrete Institute (ACI) berserat bendrat.
Keausan beton didefinisikan kemampuan beton khususnya bagian
permukaan untuk menahan gaya atau beban yang melewatinya dapat
berupa gesekan maupun aliran.
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Pengertian Beton
Beton diperoleh dengan cara mencampurkan semen, air, dan agregat
dengan atau tanpa bahan tambahan (admixture) tertentu. Material
pembentuk beton tersebut dicampur merata dengan komposisi tertentu
menghasilkan suatu campuran yang homogen sehingga dapat dituang
dalam cetakan untuk dibentuk sesuai keinginan. Campuran tersebut bila
dibiarkan akan mengalami pengerasan sebagai akibat reaksi kimia antara
9
semen dan air yang berlangsung selama jangka waktu panjang atau
dengan kata lain campuran beton akan bertambah keras sejalan dengan
umurnya. (Istimawan Dipohusodo, 1994)
2.2.2. Beton Mutu Tinggi
Beton mutu tinggi merupakan beton yang mempunyai sifat khusus yang
berbeda dengan beton biasa, seperti tingkat susut (shrinkage) rendah,
permeabilitas rendah modulus elastisitas tinggi dan kuat tekan tinggi.
Beton mutu tinggi umumnya memiliki faktor air semen yang rendah (fas)
dengan rentang 0,2-0,45. Semakin rendah fas maka porositas beton juga
cenderung semakin rendah.
Kriteria beton mutu tinggi selalu berubah sesuai dengan kemajuan tingkat
mutu yang berhasil dicapai. Tahun 1950-an beton dengan kuat tekan 30
MPa sudah dikategorikan sebagai beton mutu tinggi. Tahun 1960-an
hingga awal 1970-an, kriterianya lebih lazim menjadi 40 MPa. Saat ini,
disebut mutu tinggi untuk kuat tekan di atas 50 MPa-80 MPa (Supartono,
1998).
Sementara itu, beton mutu tinggi (high strength concrete) yang tercantum
dalam SNI 03-6468-2000 (Pd T-18-1999-03) didefinisikan sebagai beton
yang mempunyai kuat tekan yang disyaratkan lebih besar sama dengan
41,4 MPa. Upaya untuk mendapatkan beton mutu tinggi yaitu dengan
meningkatkan mutu material pembentuknya misalnya kekerasan agregat
dan kehalusan butir semen. Selain itu, pencampuran beton mutu tinggi
perlu di tambahkan admixture seperti superplasticizer dengan dosis dan
jumlah yang tepat agar workability beton tetap tinggi. Selain itu
penambahan material berukuran lebih kecil dari semen, seperti silica fume
berfungsi mengurangi rongga di dalam beton dapat dikurangi sehingga
beton menjadi lebih padat. Ketika terjadi peningkatan kepadatan,
10
porositas dalam beton berkurang dan menyebabkan beton lebih kedap
terhadap air dan material perusak lainnya sehingga beton menjadi lebih
tahan lama.
Menurut American Concrete Institude (ACI) Committee, Beton Mutu Tinggi
adalah beton yang memenuhi kombinasi kinerja khusus dengan sesuai
dengan yang diinginkan yang tidak ditemui secara rutin pada beton
konvensional, diantaranya:
a. Mudah pengerjaanya
b. Mudah di bentuk
c. Kedap dan padat
d. Durable terhadap lingkungan, kekerasan yang memadai
e. Umur layan lebih lama (sekitar 75 tahun atau lebih)
f. panas hidrasi yang rendah
g. Stabilitas volume yang memadai (minimum shrinkage atau ekpansi
termal)
h. Kemampuan mengalir (flowability) dan self-leveling yang memadai
Perbedaan perancangan beton mutu tinggi dengan beton normal adalah
bagaimana mencari susunan gradasi ukuran butir yang dapat mengisi
ruang kosong pada matrix semen. Sedangkan pada beton mutu tinggi
dengan filler nanomaterial ukuran butir yang digunakan dalam rentang
nanometer yang disingkat nm. Dengan pemilihan degradasi yang tepat,
akan diperoleh kepadatan persatuan volum (packing density).
Menurut Nawy (1996) beton mutu tinggi didefinisikan sebagai beton
dengan kuat tekan yang lebih besar dari 6000 psi atau 42 MPa pada umur
28 hari, dapat dilihat pada Tabel 2.1.
11
Tabel 2.1. Klasifikasi High Strength Concrete, High Performance Concrete
Parameter High Strength Very High Ultra High
Strength Strength
Kuat Tekan
(Strength), 6000-14500 14500-21750
>21750 (150)
psi (Mpa) (42-100) (100-150)
W/(C+P) ratio 0.45-0.30 0.30-0.24 <0.24
Bahan Tambah
Kimiaa WRA/HR WR HR WR HR WR
Bahan Tambah
Mineral
Abu sekam padi atau
silica fumeb silica fumeb Dikombinasikan
dengan silica fume
Koefisien
Permeabilitas c10-11 10-12 <10-14
(cm/sec)
Freeze-thaw
protection
No freezeable
Water
(Sumber : Edward G Nawy, 1996)
Keterangan :
WRA : Water Reducer Agent
aHRWR : High Range Water Reducer (Superplasticizer)
bDapat juga dicampur dengan Abu sekam padi
Koefisien permeabilitas untuk beton normal adalah ≈10-10
Manfaat beton mutu tinggi di bidang teknik sipil :
a. Menghasilkan beton dengan ketahanan tinggi (high durability)
b. Menghasilkan beton dengan kuat tekan awal yang tinggi dan
mempercepat pelaksanaan konstruksi
c. Meningkatkan nilai modulus elastisitas dan mengurangi efek rangkak
(creep)
12
d. Memungkinkan pembangunan konstruksi bangunan tingkat tinggi
(high rise contruction)
e. Memperkecil dimensi kolom, sehingga penggunaan ruang lantai lebih
efisien
Adapun kelemahan pengunaan beton mutu tinggi adalah :
a. Meningkatkan biaya beton per unit volume
b. Memerlukan kontrol kualitas terhadap mutu beton dan kebutuhan
produksi
c. Workability kurang baik dan sering kali menurun dengan cepat setelah
waktu pencampuran
d. Menghasilkan panas hidrasi tinggi sehingga perlu menurunkan
hidrasi semennya
(Sumber : L. J. Parrot, 1988)
Contoh aplikasi beton mutu tinggi adalah:
a. Bangunan yang memerlukan masa layan pada umur awal (kekerasan
awal)
b. Bangunan-bangunan tinggi dengan reduksi ukuran kolom dan
meningkatkan luasan yang tersedia.
c. Struktur bagian atas dari jembatan-jembatan bentang panjang dan
untuk mengembangkan durabilitas lantai-lantai jembatan.
d. Untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan khusus dari aplikasi-aplikasi
tertentu seperti durabilitas, modulus elastisitas dan kekuatan lentur.
Beberapa dari aplikasi ini termasuk dam, atap-atap tribun, pondasi-
pondasi pelabuhan, garasi-garasi parkir, dan lantai-lantai heavy duty
pada area industri.
13
2.2.3. Material Dasar Pembentuk Beton
Material dasar pembentuk beton terdiri atas semen, agregat, air, dan
bahan tambah bila diperlukan (SKSNI T 15-1990-03). Perbandingan
tersebut mengacu pada standar American concrete Institute (ACI), atau Road
Note No.4 yang diperbarui dengan The British Mix Design Method atau yang
lebih dikenal dengan Department Of Environment (DOE), atau campuran
coba-coba (Tjokrodimuljo, 1996). Kajian mengenai material dasar
pembentuk beton akan disajikan sebagai berikut:
2.2.3.1. Semen Portland
Semen berfungsi untuk merekatkan butir-butir agregat agar terjadi suatu
massa yang padat dan juga mengisi rongga-rongga diantara butiran-
butiran agregat. Salah satu jenis semen yang biasa dipakai dalam
pembuatan beton ialah semen portland. Bahan dasar pembentuk semen
portland terdiri dari kapur, silika, alumina dan oksida besi. Oksida
tersebut bereaksi membentuk suatu produk akibat peleburan. Unsur-
unsur pembentuk semen dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.2 Susunan Unsur Semen Portland
Oksida Persen (%)
Kapur (CaO)
Silika (SiO2)
Alumina (Al2O3)
Besi (Fe2O3)
Magnesium (MgO)
Sulfur (SO3)
Soda/potash (Na2O+K2O)
60 - 65
17 - 25
3 - 8
0,5 - 6
0,5 - 4
1 - 2
0,5 - 1
Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo (1996)
14
Pada umumnya semen portland diklasifikasikan menjadi 5 jenis, seperti
yang tercantum pada Tabel 2.2.
Tabel 2.3 Jenis-jenis Semen Portland
Jenis
Semen
Karakteristik Umum
Jenis I Semen Portland untuk penggunaan umum yang tidak
memerlukan persyaratan khusus.
Jenis II Semen Portland yang penggunaannya memerlukan
ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.
Jenis III Semen Portland yang penggunaannya memerlukan
persyaratan kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan.
Jenis IV Semen Portland yang penggunaannya menuntut panas
hidrasi rendah.
Jenis V Semen Portland yang penggunaannya menuntut
persyaratan sangat tahan terhadap sulfat.
Sumber : Kardiyono Tjokrodimuljo (1996 : 11)
Dalam pedoman beton 1989 disyaratkan dalam pembuatan beton harus
memenuhi syarat-syarat SNI 0013-18 “Mutu dan Cara Uji Semen”. Dalam
penelitian ini digunakan semen jenis PC yang digunakan untuk tujuan
umum.
2.2.3.2. Agregat
Agregat adalah butiran mineral alami yang berfungsi sebagai bahan
pengisi dalam campuran mortar atau beton. Kira-kira 70 % volume
mortar atau beton diisi oleh agregat. Agregat sangat berpengaruh
terhadap sifat-sifat mortar atau beton, sehingga pemilihan agregat
merupakan suatu bagian penting dalam pembuatan mortar atau beton
(Tjokrodimuljo,1996).
15
Penggunaan agregat bertujuan untuk memberi bentuk pada beton,
memberi kekerasan yang dapat menahan beban, goresan dan cuaca,
mengontrol workability,serta agar lebih ekonomis karena menghemat
pemakaian semen.
Agregat yang dipakai campuran beton dibedakan menjadi dua jenis
yaitu agregat halus dan agregat kasar.
a. Agregat Halus
Menurut Tjokrodimuljo (1996), agregat halus adalah agregat yang
berbutir kecil (antara 0,15 mm dan 5 mm). Dalam penelitian agregat
halus harus benar-benar memenuhi persyaratan yang telah ditentukan.
Karena sangat berpengaruh pada pengerjaan (workability), kekuatan
(strength), dan tingkat keawetan (durability) dari beton yang dihasilkan.
Pasir sebagai pembentuk mortar bersama semen dan air, berfungsi
mengikat agregat menjadi satu kesatuan yang kuat dan padat.
Untuk memperoleh hasil beton yang seragam, mutu pasir harus
dikendalikan. Oleh karena itu pasir sebagai agregat halus harus
memenuhi gradasi dan persyaratan yang ditentukan.
Tabel 2.4. Batasan Susunan Butiran Agregat Halus
Ukuran Saringan
(mm)
Persentase Lolos Saringan
Daerah 1 Daerah 2 Daerah 3 Daerah 4
9,50 100 100 100 100
4,75 90 - 100 90 - 100 90 - 100 95 - 100
2,36 60 - 95 75 - 100 85 - 100 95 - 100
1,18 30 - 70 55 - 90 75 - 100 90 - 100
0,85 15 - 34 35 - 59 60 - 79 80 - 100
0,30 5 - 20 8 - 30 12 – 40 15 - 50
0,15 0 - 10 0 - 10 0 – 10 0 - 15 Sumber : Tjokrodimuljo (1996)
16
Keterangan :
Daerah 1 : Pasir kasar
Daerah 2 : Pasir agak kasar
Daerah 3 : Pasir agak halus
Daerah 4 : Pasir halus
b. Agregat Kasar
Agregat kasar adalah agregat yang ukuran butirannya lebih dari 5
mm (PBI 1971). Agregat kasar untuk beton dapat berupa kerikil atau
batu pecah. Kerikil adalah bahan yang terjadi sebagai hasil
desintegrasi alami sedangkan batu pecah adalah bahan yang
diperoleh dari batu yang digiling (dipecah) menjadi pecahan-
pecahan berukuran 5-70 mm.
Tabel 2.5. Batasan Susunan Butiran Agregat Kasar
UkuranSaringan
(mm)
Persentase Lolos Saringan (%)
40 mm 20 mm
40 95 – 100 100
20 30 – 70 95 – 100
10 10 – 35 25 –55
4,8 0 – 5 0 – 10
Sumber : Tjokrodimuljo (1996)
2.2.3.3. Abu Sekam Padi
Penggilingan padi selalu menghasilkan kulit gabah yang cukup banyak
yang akan menjadi material sisa. Ketika bulir padi digiling, 78% dari
beratnya akan menjadi beras dan akan menghasilkan 22% berat kulit
gabah. Kulit gabah ini dapat digunakan sebagai bahan bakar dala proses
produksi. Kulit gabah terdiri dari 75% bahan mudah terbakar dan 25%
berat akan berubah menjadi abu. Abu ini dikenal dengan Rice Husk Ask
17
(RHA) yang mempunyai kandungan silika reaktif (amorphous silica)
sekitar 85-90%.Jadi dari setiap 1000 kg padi yang digiling akan dihasilkan
220 kg (22%0 kulit gabah. Bila kulit gabah itu dibakar pada tungku
pembakaran maka akan mengkasilkan sekitar 55 kg (25%RHA).Untuk
membuat abu kulit gabah menjadi silika reaktif yang dapat digunakan
sebagai material pozolan dalan beton maka diperlukan kontrol
pembakaran yang baik.Temperatur tungku pembakaran tidak melebihi
800ºC sehingga dapat dihasilkan RHA yang terdiri dari silika yang tidak
terkristalisasi. Jika kulit gabah ini terbakar pada suhu lebih dari 850ºC
maka akan mengkasilkan abu yang sudah terkristalisasi menjadi arang
dan tidak reaktif lagi sehingga tidak memiliki sifat pozzolan.(Paul Nugroho
Antoni Buku Tehnologi Beton)
Sekam padi dioven pada suhu antara 600ºC – 700ºC di laboratorium
Transportasi Politeknik Negeri Sriwijaya sehingga menghasilkan Abu.
Dari hasil pengujian abu sekam padi di laboratorium Dinas
Pertambangan dan Energi Palembang didapat hasil Kandungan
senyawa kimia yang terdapat didalam abu sekam padi adalah :
Tabel 2.6 Susunan Unsur Abu Sekam Padi
Oksida Persen (%)
SiO 2 89,64 %
Fe 2 O 3 0,06 %
Al 2 O 3 0,73 %
CaO 3,56 %
Sumber : Dharma Putra,(2006)
Dilihat dari kandungan senyawa diatas, maka abu sekam padi dapat
digunakan sebagai pozzollan karena mengandung SiO 2 + Fe 2 O 3 + Al 2
O 3 lebih dari 70 % sesuai dengan mutu pozzollan yang disyaratkan (
Dharma Putra, 2006 )
18
2.2.3.4. Air
Dalam pelaksanaan suatu proyek, air adalah bahan yang sangat penting
dan vital yang berfungsi antara lain:
a. Pembuatan adukan beton.
b. Pembuatan adukan untuk spesi.
c. Perawatan beton dan kegiatan penunjang lainnya.
Air diperlukan pada pembuatan beton agar terjadi reaksi kimiawi dengan
semen yang menyebabkan pengikatan dan berlangsungnya pengerasan,
untuk membasahi agregat dan untuk melumas butir-butir agregat agar
dapat mudah dikerjakan dan dipadatkan. Untuk bereaksi dengan semen,
air yang diperlukan hanya sekitar 25% dari berat semen, namun dalam
kenyataannya nilai faktor air semen yang dipakai sulit kurang dari 0,45.
Karena beton yang mempunyai proporsi air sangat kecil menjadi kering
dan sukar dipadatkan. Oleh sebab itu, dibutuhkan tambahan air untuk
menjadi pelumas campuran agar mudah dikerjakan dan karena seluruh
bagian air menguap ketika beton mengering dengan meninggalkan
rongga-rongga, maka penting dalam hal ini untuk menjaga agar air yang
digunakan seminimal mungkin.
Air yang digunakan harus memenuh syarat-syarat air untuk pengerjaan
beton. Menurut SNI 03-2847-2002 syarat-syarat air yang boleh digunakan
antara lain:
a. Tidak boleh mengandung minyak, asam, alkali, garam-garam, dan
bahan-bahan kimia (asam alkali), bahan organik yang dapat merusak
beton atau baja tulangan.
b. Sebaiknya dipakai air bersih yang dapat diminum.
19
c. Air yang dapat dipakai sebaiknya diuji dulu sehingga dapat diketahui
jenis dan kadar mineral yang terkandung didalamnya.
2.2.3. Beton Metode ACI
Metode American Concrete Institute (ACI) mensyaratkan suatu campuran
perancangan beton dengan mempertimbangkan sisi ekonomisnya dengan
memperhatikan ketersediaan bahan-bahan di lapangan, kemudahan
pekerjaan, serta keawetan kekuatan dan pekerjaan beton.
Dalam metode American Concrete Institute (ACI) kuat tekan rata-rata
yang ditargetkan (f’cr) untuk proporsi campuran berdasarkan campuran
coba di laboratorium di ambil persamaan : f'cr = ( f'c + 9,66 )/ 0,9
Dengan ketetentuan kekuatan tekan rata-rata beton pada umur 28 hari
yang didasarkan atas benda uji silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi
30 cm. f’cr adalah kuat tekan rata-rata yang ditargetkan (MPa) dan f’c
adalah kuat tekan rata-rata yang disyaratkan (MPa)
2.2.4 Beton Serat
ACI (American Concrete Institute) memberikan definisi untukbeton serat,
sebagai suatu konstruksi yang tersusun dari bahan semen,agregat halus
dan kasar serta sejumlah kecil serat. Menurut Tjokrodimuljo (1996), beton
serat ialah bahan komposit yang terdiri dari beton biasa dan bahan lain
yang berupa serat. Serat dalam beton ini berguna untuk mencegah adanya
retak-retak sehingga menjadikan beton serat lebih daktail daripada beton
biasa.
20
Beberapa sifat-sifat beton dapat diperbaiki dengan penambahan serat, di
antarannya adalah meningkatnya daktilitas, ketahanan, kuat tarik dan
lentur, ketahanan terhadap kelelahan, ketahanan terhadap pengaruh
susutan, ketahanan terhadap abrasi, ketahanan terhadap pecahan atau
fragmentasi, ketahanan terhadap pengelupasan.
Beton serat didefinisikan sebagai beton yang dibuat dari campuran semen,
agregat, air dan sejumlah serat yang disebar secara acak seperti terlihat
pada Gambar 2.1. Hasil dari percobaan menunjukkkan bahwa serat yang
disebar secara acak mempunyai tahanan lentur dan kuat tarik yang lebih
besar bila dibandingkan dengan serat yang disebar seacara teratur dengan
peningkatan kuat tarik sebesar 20% ( Giaccio dkk, 1986). Ide dasar
penambahan serat adalah beton diberi tulangan serat baja yang
ditambahkan pada beton saat membuat adukan dimana serat dimasukkan
dengan cara ditaburkan, dengan adanya serat baja yang tertanam dalam
beton tersebut dapat mencegah terjadinya retakan-retakan beton didaerah
tarik yang terlalu awal akibat pembebanan (Soroshian & Bayasi, 1987).
Dewasa ini jenis serat yang sering dipakai di luar negeri adalah serat baja
atau steel fiber yang mempunyai diameter antara 0,45 mm sampai 0,1 mm
dan dengan panjang serat yang beragam antara 12,70 mm sampai 63,50
mm, mempunyai bentuk geometri yang beraneka ragam untuk
meningkatkan tahanan tarik. Disamping itu jumlah serat yang
ditambahkan dalam adukan berkisar antara 0,25% fraksi volume (20
kg/m3) sampai dengan 2% fraksi volume atau 157 kg/m3. Penyebaran
serat dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Serat tersebar merata dalam beton
21
Teori penulangan dalam mekanika retak berdasarkan pada kekuatan dari
serat mencakup:
a. Menitik beratkan lekatan dan penjangkaran
b. Memerlukan serat yang kuat dan kaku
c. Retak sepanjang serat
d. Banyaknya kerusakan matrik beton
2.2.5. Pengertian Serat
Serat merupakan bahan tambah yang dapat digunakan untuk
memperbaiki sifat atau kekuatan beton (Tjkrodimuljo1992). Serat memiliki
peranan yang penting dalam komposit karena menentukan kinerja
komposit secara keseluruhan (Balaguru dan Shah, 1992). Kinerja antar
muka (Interface) antara serat dan matrik sangat ditentukan oleh kinerja
serat, karena istilah lain untuk mempresentasikan antar muka adalah zona
transisi antar muka, ZTA (Interfacial Transition Zona) (Bentur, et. al, 1996).
Perkembangan serat dimulai pada tahun 1960-an, dengan diterapkannya
aplikasi serat anorganik sebagai tambahan pada beton, yaitu serat baja
lurus (Balaguru dan Shah, 1992). Sejak tahun1970-an, serat polimer sintetis
mulai digunakan secara komersial dengan tujuan antara lain sebagai
kontrol retak awal. Inovasi ini diikuti aplikasi serat kaca yang tahan
terhadap alkali, pada tahun 1980-an sampai dengan tahun 1990-an serat
karbon mulai digunakan karena memiliki kuat tarik dan modulus
elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan serat polimer sintetis (Balaguru
dan Shah, 1992)
Ada beberapa jenis serat yang sudah dikenal saat ini, antara lain:
1. Naturally occuring fibers atau serat alami yang berasal dari alam, seperti
serat tebu, serat kelapa, dan serat kayu.
22
2. Steel fibers atau serat baja, seperti kawat bendrat, seng, galvalum.
3. Fiberglass atau serat kaca
4. Polimeric fiber atau serat polimer, yakni serat yang berasal dari serat
sintetis. Serat polimer terdiri dari polypropylene, polyethylene, polyester,
nylon, carbon, dan acrylic.
2.2.6. Beton Mutu Tinggi Metode ACI dengan penambahan serat
bendrat
Beton mutu tinggi metode ACI dengan penambahan serat tembaga, bahan
betonnya mudah didapat di Pulau Jawa ini karena banyak terdapat
gunung vulkanik, sedangan tembaga yang merupakan kawat tembaga
dapat dibeli dalam bentuk kawat ataupun yang didapat berasal dari
limbah kabel yang berasal dari tembaga. Beton mutu tinggi metode ACI
berserat tembaga ini bisa dibuat rancang campur σk = 60 Mpa kira-kira
menjadi f’c = 50 Mpa. Pada beton mutu tinggi menurut Dobrowalski
(1998) kuat tekan mutu tinggi lebih besar dari 41,4 Mpa.
Dengan demikian beton mutu tinggi metode ACI berserat tembaga
diharapkan kuat tekannya menjadi bertambah. Kekuatan tekan pada
beton konvensional berkisar antara 17,5 - 40 Mpa sedangkan beton mutu
tinggi dapat direncanakan kuat tekan > 41,4 Mpa.
2.2.7. Sifat Struktural Beton Serat
Peningkatan sifat struktural yang diperlihatkan oleh beton serat
dipengaruhi oleh:
a. Orientasi penyebaran
Fibre dispersionatau teknik pencampuranadukan agar serat yang
ditambahkan dapat tersebar merata dengan orientasi random dalam
23
beton. Arah penyebaran serat yang random dan terdistribusi secara
merata dan baik akan menyebabkan peningkatan sifat struktural yang
optimal. Untuk mencapai hal ini, faktor yang perlu diperhatikan
adalah metode penyebaran dan pencampuran serat ke dalam adukan
beton, konsentrasi, dan aspek ratio serat.
b. Lekatan pada alur retakan
Ukuran serat yang pendek dan tidak menerus memungkinkan
terjadinya alur retak tidak melewati serat sehingga lekatan antara serat
dan partikel penyusun beton dalam komposit tidak optimal. Apabila
lekatan serat yang terjadi pada massa beton lebih kecil daripada kuat
tarik serat maka kekuatan beton serat akan ditentukan oleh kuat lekat
serat (bond strength).
c. Panjang tertanam serat yang tidak teratur (random)
Gaya aksial yang diakibatkan oleh tegangan lekat serat pada pasta
semen merupakan fungsi dari panjang tertanam minimum serat pada
bidang retak. Panjang tertanam serat ini juga tidak teratur.
2.2.8. Konsep Beton Serat
Pemakaian beton serat ada dua istilah yang sering digunakan untuk
memudahkan perencanaan dan pengenalan kuantitas dan kualitas yang
dihasilkan oleh penambahan serat, yaitu:
a. Fiber Volume (Vf)
Fiber Volume adalah prosentase volume serat (fiber) yang ditambahkan
pada setiap volume beton. Dalam kenyataan, prosentase yang
digunakan adalah berat seratnya yang dapat diketahui dari berat jenis
serat. Umumnya semakin besar fiber volume (Vf) akan meninggikan
kualitas beton. Selain itu Vf juga mempengaruhi workabilitas adukan
beton serat.
24
b. Fiber Aspect Ratio ( dl )
Fiber Aspect Ratio merupakan rasio antara panjang serat (l) dan
diameter serat (d). Rasio perbandingan panjang dan diameter juga
mempengaruhi kekuatan beton serat dan workabilitasnya.
2.2.9. Mekanisme Kerja Serat
Teori yang dipakai sebagai pendekatan untuk menjelaskan mekanisme
kerja serat yaitu:
a. Spacing Concept
Spacing concept dalam teori ini diartikan dengan mendekatkan jarak
antarserat dalam campuran beton sehingga beton akan lebih mampu
membatasi ukuran retak dan mencegah berkembangnya retak menjadi
lebih besar.
b. Composite Material Concept
Composite material concept atau konsep material komposit merupakan
salah satu pendekatan yang cukup populer yang memperkirakan kuat
tarik maupun kuat lentur dari beton serat. Konsep ini dikembangkan
untuk memperkirakan kekuatan material komposit pada saat timbul
retak pertama/first crack strength. Dalam konsep ini diasumsikan
bahwa bahan penyusun saling melekat sempurna, bentuk serat
menerus, dan angka poisson dari material dianggap nol.
Serat yang digunakan dalam beton serat adalah ukuran pendek/short fiber
dan bukan continous fiber, maka perlu dikoreksi berdasarkan
pertimbangan-pertimbangan berikut:
a. Orientasi dari short fiber yang ramdom akan mengurangi efisiensi
penulangan serat terhadap material komposit
b. Lekatan yang tidak sempurna serta ukuran serat yang pendek dapat
menyebabkan adanya alur retakan yang tidak melewati serat
25
c. Distribusi alur retakan yang sembarang menyebabkan alur retak tidak
selalu memotong serat tepat di tengah-tengah
d. Efektifitas beton dapat menahan tarik pada saat timbul retak.
Mekanisme kerja serat dalam adukan beton secara bersama-sama adalah
sebagai berikut:
a. Serat bersama pasta beton akan membentuk matriks komposit, dimana
serat akan menahan beban yang ada sesuai dengan modulus
elastisitasnya.
Gambar 2.2 Serat dalam Beton
b. Pasta beton akan semakin kokoh/stabil dalam menahan beban karena
aksi serat (fiber bridding) yang sangat mengikat di sekelilingnya.
Gambar 2.3 Aksi Serat Bersama Pasta Semen
c. Serat akan melakukan dowel action (aksi pasak) sehingga pasta yang
sudah retak dapat stabil/kokoh menahan beban yang ada.
Gambar 2.4 Aksi Pasak dalam Beton
d
p
d
p
P
26
Pengaruh penambahan serat ke dalam adukan beton tergantung pada hal-
hal berikut:
a) Jenis (ukuran dan bentuk) serat
b) Aspek rasio serat
c) Konsentrasi serat
2.2.10. Kuat Tekan Beton (f’c)
Pengertian kuat tekan beton adalah besarnya beban per satuan luas, yang
menyebabkan benda uji beton hancur bila dibebani dengan gaya tekan
tertentu yang dihasilkan oleh mesin tekan. Kuat tekan beton merupakan
sifat terpenting dalam kualitas beton dibanding dengan sifat-sifat lain.
Kekuatan tekan beton ditentukan oleh pengaturan dari perbandingan
semen, agregat kasar dan halus, airdan berbagai jenis campuran.
Perbandingan dari air semen merupakan faktor utama dalam menentukan
kekuatan beton. Semakin rendah perbandingan air semen, semakin tinggi
kekuatan desaknya. Suatu jumlah tertentu air diperlukan untuk
memberikan aksi kimiawi dalam pengerasan beton, kelebihan air
meningkatkan kemampuan pekerjaan (mudahnya beton untuk dicorkan)
akan tetapi menurunkan kekuatan (Chu Kia Wang dan C. G. Salmon, 1990).
Beton relatif kuat menahan tekan. Keruntuhan beton sebagian disebabkan
karena rusaknya ikatan pasta dan agregat. Besarnya kuat tekan beton
dipengaruhi oleh sejumlah faktor antara lain :
1. Faktor air semen, hubungan faktor air semen dan kuat tekan beton
secara umum adalah bahwa semakin rendah nilai faktor air semen
semakin tinggi kuat tekan betonnya, tetapi kenyataannya pada suatu
nilai faktor air semen tertentu kuat tekan betonnya semakin rendah.
Hal ini karena jika faktor air semen semakin rendah maka beton
27
semakin sulit dipadatkan. Dengan demikian ada suatu nilai faktor air
semen yang optimal yang menghasilkan kuat tekan yang maksimal.
2. Jenis semen dan kualitasnya, mempengaruhi kekuatan rata-rata dan
kuat batas beton.
3. Jenis dan lekuk-lekuk (relief) bidang permukaan agregat. Kenyataan
menunjukkan bahwa pcnggunaan agregat batu pecah akan
menghasilkan betondengan kuat desak maupun kuat tarik yang lebih
besar dari pada kerikil.
4. Efisiensi dari perawatan (curing). Kehilangan kekuatan sampai 40 %
dapat terjadi bila pengeringan terjadi sebelum waktunya. Perawatan
adalah hal yang sangat penting pada pekerjaan dilapangan dan pada
pembuatan benda uji.
5. Suhu, pada umumnya kecepatan pengerasan beton bertambah dengan
bertambahnya suhu. Pada titik beku kuat hancur akan tetap rendah
untuk waktu yang lama.
6. Umur pada keadaan yang normal, kekuatan beton bertambah dengan
bertambahnya umur, tergantung pada jenis semen, misalnya semen
dengan kadar alumina tinggi menghasilkan beton yang kuat
hancurnya pada 24 jam sama dengan semen portland biasa pada 28
hari. Pengerasan berlangsung terus secara lambat sampai beberapa
tahun.
Nilai kuat tekan beton didapat melalui cara pengujian
standar,menggunakan mesin uji dengan cara memberikan beban
bertingkat dengan kecepatan peningkatan tertentu atas benda uji silinder
beton (diameter 15 cm.tinggi 30 cm) sampai hancur. Kuat tekan masing-
masing benda uji ditentukan oleh tegangan tekan tertinggi (f’c) yang
dicapai benda uji umur 28 hari akibat beban tekan selama percobaan.
Nilai kuat tekan beton beragam sesuai dengan umurnya dan biasanya
ditentukan waktu beton mencapai umur 28 hari setelah pengecoran.
28
Umumnya pada umur 7 hari kuat tekan beton mencapai 70 % dan pada
umur 14 hari mencapai 85 % sampai 90 % dari kuat tekan beton umur 28
hari (Himawan Dipohusodo,1994 : 10).Untuk mendapatkan besarnya
tegangan hancur pada benda uji silinder digunakan rumus :
f’c = P/A ...................................................................................................................................................... (2.3)
Dimana:
f’c = Kuat tekan beton benda uji silinder (MPa)
P = Beban desak maksimum (N)
A = Luas permukaan benda uji silinder (mm² )
Pengujian Kuat Tekan beton mutu tinggi dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Alat Uji Kuat Tekan Beton
2.2.11. Permeabilitas dan penetrasi Nilai penetrasi pada beton ditentukan oleh besarnya nilai permeabilitas
beton. Permeabilitas adalah sifat dapat dilewati/dimasuki zat atau gas.
Jadi permeabilitas adalah kemudahan cairan atau gas untuk melewati
beton. Beton yang baik adalah yang relatif tidak bisa dilewati oleh
zat/gas,atau dengan kata lain mempunyai permeabilitas yang rendah.
Menurut (Murdock, 1991), beton tidak bisa kedap air secara sempurna.
29
Permeabilitas penting untuk diketahui karena pada beton bertulang
terdapat tulangan baja yang berfungsi untuk menahan tegangan tarik
yang bekerja pada beton dan lapisan beton akan melindungi baja agar
tidak kontak langsung dengan udara luar yang dapat mengakibatkan
reaksi oksidasi sehingga akan menyebabkan terjadinya korosi pada
tulangan baja.
Baik ASTM maupun BS tidak terdapat tentang deskripsi uji permeabilitas
secara rinci, namun berdasarkan (Murdock dan Brooks, 1987) (Concrete
Technology,1987), uji permeabilitas beton dapat dilakukan denga cara
sampel beton yang di- sealed dari air yang bertekanan pada sisi atasnya
saja dan meliputi aspek banyaknya air yang mengalir lewat ketebalan
beton pada waktu tertentu (seperti yang telah disyaratkan oleh SK SNI S-
36-1990-03 ayat 2.2.1.2).
Permeabilitas beton dapat pula diekspresikan sebagai koefisien
permeabilitas K,yang dievaluasi berdasarkan hukum Darcy sebagai
berikut :
dV = A’ (h)………………………………………………………… (2.3)
Q ………………………………………………………… (2.4)
Dengan kombinasi dan integrasi persamaan (2.3) dan(2.4) didapat
K = ln …………………………………………………………(2.5)
Dengan : V : Volume total yang diserap sampel (m³)
A’ : Luas penampang pipa (m²)
h : Tinggi air dalam pipa (m)
Q : Kecepatan aliran air (m³/dt)
30
A : Luas penampang sampel (m)
L : Ketebalan penetrasi air (m)
K : Koefisien permeabilitas air (m)
Ho : Tinggi air mula-mula (m)
Hi : tinggi air akhir (m)
t : waktu pengaliran (detik)
Nilai permeabilitas maksimum yang dianjurkan standar ACI 301 – 729
(revisi 1975) adalah sebesar 1,5E – 11 m/dt (4,8E-11 ft/dt).
Faktor air semen yang digunakan juga akan mempengaruhi besarnya
koefisien permeabilitas. Makin tinggi faktor air semen akan menyebabkan
nilai koefisien permeabilitas makin tinggi.
Faktor-faktor lain yang mempengaruhi besarnya permeabilitas beton
adalah :
a. Mutu dan porositas dari agregat yang digunakan dalam adukan
beton.
Dalam hal ini jenis , sifat dan porositas agregat akan mempengaruhi
permeabilitas beton yang mana penggunaan agregat yang porous
akan meningkatkan permeabilitas.
b. Umur beton
Dengan bertambahnya umur beton maka permeabilitanya akan
menurun.
c. Gradasi agregat dalam adukan beton
Pemakaian agregat dengan gradasi yang kasar serta terlalu banyak
pasir akan menyebabkan workabilitas turun sehingga memerlukan
tambahan air untuk kemudahan pengerjaan yang baik dan akan
berdampak pada meningkatnya permeabilitas.
d. Tingkat perawatan (curing) beton
31
Perawatan beton yang baik akan sangat berpengaruh sekali terhadap
tingkat permeabilitas beton, oleh sebab itu perlu membasahi beton
selama beberapa hari setelah pengecoran. (dalam Yusuf Efendi,2006)
Mekanisme pengaliran bertindak sebagai model yang teoritis untuk
mengevaluasi karakteristik pengaliran beton dalam metode pengujian
yang berbeda. Dalam (Dhir dan Jackson Neil,Ravindra K,1996), bentuk
mekanisme pengaliran antara lain :
1. Absorbsi
Aliran zat cair yang disebabkan oleh tegangan permukaan. Aliran zat
cair dipengaruhi oleh karakteristik zat cair berupa :
a. Vuscosity (kekentalan)
b. Density (massa jenis)
c. Surface tension (tegangan permukaan)
Dan karakteristik zat padat yang lain berupa struktur pori (jari-jari dan
pori-pori kapiler) dan surface energy.
2. Permeabilitas
Aliran zat cair atau gas yang disebabkan oleh tekanan. Permeabilitas
tergantung pada struktur pori dari zat padat dan viskositas zat cair,
aliran kapiler dapat berupa laminar atau turbulen. Untuk aliran
turbulen, volume aliran tidak proporsional untuk tinggi tekanan.
3. Difusi
Perpindahan massa berupa ion atau molekul bebas yang bergerak
secara acak di dalam pori-pori yang menghasilkan aliran dari daerah
berkonsentrasi padat ke daerah berkonsentrasi rendah.